Les antennes filaires

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Nous allons dans ce chapitre donner une brève description des antennes les plus couramment utilisées par les radioamateurs. Ces antennes constituées de fils sont forcément économiques et simples à mettre en oeuvre.  

La plus connue, la Lévy :
Cette antenne inventée par le professeur Lévy a été mise à toutes les sauces au point qu'on a complètement oublié aujourd'hui comment elle était faite lors de son invention. Voici comment elle se présente dans sa forme actuelle, en concept multibandes, ce qui n'était pas le cas autrefois.
Rappel:

Dans sa forme originelle, ce n'était pas une antenne multibande, les brins rayonnants avait une longueur déterminée. Ces notions aujourd'hui sont oubliées, au profit d'un système hybride mis un peu à toutes les sauces.
Cette antenne est constituée de deux brins rayonnants symétriques de longueur quelconque. L'antenne est alimentée par une ligne symétrique et raccordée à l'émetteur par le biais d'un système adaptateur d'impédance.
On a dit et écrit une quantité incroyable de choses sur cette antenne. Vous trouverez souvent dans la littérature ce genre d'assertion : "Cette antenne fonctionne en ondes stationnaires". Je me suis toujours demandé ce que cela voulait dire "fonctionner en ondes stationnaires" comme d'ailleurs fonctionner en "ondes progressives".
Cette antenne, multibande de surcroît, présente une impédance (Z= R+jX) variable en fonction de sa longueur et de la fréquence d'utilisation. Elle est alimentée par une ligne dont l'impédance est rarement connue, il est plus que logique que le ROS soit présent.
On peut se permettre d'avoir un ROS élevé car les lignes parallèles ont des pertes très faibles. Après le rayonnement proprement dit de l'antenne dépend plus de ses pertes intrinsèques, de son dégagement par rapport aux obstacles et de sa hauteur par rapport au sol qu'autre chose.
Le doublet :

Certainement l'antenne la plus simple et la plus efficace que l'on puisse imaginer si l'on respecte au moins une règle : La placer suffisamment haute de manière à ce que l'énergie se soit pas envoyée vers le haut mais assez bas sur l'horizon. Cette antenne devrait être alimentée par un câble coaxial 75 W car l'impédance de l'antenne est de 73 W à la résonance.
De part sa configuration, cette antenne est monobande, et si l'on eut la faire fonctionner sur d'autres bandes, il faudra introduire un système d'adaptation d'impédance soit en haut ce qui n'est pas commode et riche en pertes soit en bas, côté station. Le bilan énergétique sera dégradé car nous sommes alimentés par un coaxial et celui-ci avec un ROS élevé, occasionnera des pertes.

L'idée est donc venue de créer un doublet multibandes en accouplant plusieurs doublets monobandes en prenant en compte, pour leurs dimensions réciproques, leurs interactions mutuelles. La mise au point n'est pas simple simple et demande un peu de patience quand même mais les résultats sont honorables. Qui plus est l'alimentation est réalisé avec un seul coax.
Le doublet en V inversé :
Rien de nouveau par rapport à un dipôle, par contre la directivité est beaucoup moins marquée et on se rapproche d'un diagramme omnidirectionnel. Comme les extrémités de l'antenne avoisinent le sol (par sécurité, veillez à ce que personne ne puisse y avoir physiquement accès) des capacités importantes prennent naissance ici ce qui obligera souvent à raccourcir l'antenne. De plus l'impédance à la résonance sera modifiée (pour une fois dans le bons sens, on s'approche des 50 W  .
Cette configuration est souvent utilisée quand on dispose d'un pylône qui fait office de support, l'encombrement est faible et cette antenne est plus discrète qu'un équivalent horizontal obligatoirement tenu entre deux supports.

L'antenne Windom : 

C'est une antenne qui n'est plus alimentée au centre comme le doublet mais à un tiers. L'impédance au point d'alimentation n'est plus purement résistive, elle est d'autre part plus élevée mais l'avantage est que cette antenne présentera sur les harmoniques des impédances facilement adaptables par la majorités des boîtes de couplage des transceivers modernes.
L'adaptation nécessite quand même d'y consacrer du temps et l'on voit dans la littérature beaucoup de descriptions plus ou moins exotiques. Certaines antennes sont alimentées par une ligne bifilaire d'autres par un coax muni de l'incontournable "balun". Cet accessoire à l'utilité contestable est jugé comme indispensable par la jeune génération... Essayer, vous verrez bien.
La G5RV :
Tout d'abord saluons la mémoire de son inventeur récemment disparu (juin 2000).
Cette antenne est constituée d'un brin rayonnant de 31,10m alimentée pour partie par une ligne bifilaire puis un câble coaxial. J'avais initialement indiqué que cette antenneavait un fonctionnement multibande. C'est seulement vrai dans la mesure où on l'alimente à travers un dispositif adaptateur d'impédance. Après remarque de Philippe F8BXI et recherches (loborieuses) sur Internet, il ressort en effet comme me l'avait signalé Philippe que G5RV avait conçu initialement cette antenne pour le 20m. Mea culpa, l'erreur est corrigée (Merci Philippe).  

Le côté pratique est que l'entrée dans la station se fait par un câble coaxial ce qui estquand même plus commode mécaniquement à réaliser que par une ligne bifilaire.  Toutefois les dimensions mentionnées doivent être respectées sous peine de ne pas parvenir à une adaptation correcte.
La W3DZZ :
Antenne de grande renommée, surtout de l'autre côte de l'atlantique elle offre une adaptation correcte sur pratiquement toutes les bandes en relation harmonique. Sa longueur de 33 m lui permet de trouver place pratiquement partout, elle peut être installée en V inversé.
Le bien rayonnant est coupé par deux trappes qui sont des circuits oscillants parallèles réglés sur 7 MHz. Quand la fréquence de travail atteint 7 MHZ les trappes résonnent, leur impédance devient maximum est ceci a pour effet d'isoler les extrémités de l'antenne. On se retrouve donc avec un dipôle l/2. Sous cette fréquence l'impédance des trappes diminue et sur 3,5 leur effet est pratiquement négligeable, elles concourent même à l'allongement artificiel de l'antenne. Au dessus de 7 MHz, sur 14 par exemple nous avons affaire à une antenne de 3 demi-ondes, sur 21 MHz de 5 demi-ondes et sur 28 MHz de 7 demi-ondes.
Le principe des trappes sera également utilisé dans les antennes à gain multi-éléments, multibandes. On conçoit facilement que les trappes devront être réalisées avec beaucoup de soin sous peine d'y perdre trop de puissance.
Antenne verticale 1/4 d'onde :
Bien qu'il ne s'agisse pas à proprement parler d'une antenne filaire (et pour cause) nous allons passer en revue ce type d'antenne verticale car elle entre dans la catégorie des antennes que le radioamateur peut installer rapidement pour trafiquer.

Elle est constituée d'un brin rayonnant de longueur = l/4. Comme cela vient d'être écrit il s'agit d'une antenne 1/4 d'onde, donc il va falloir que ce soit le sol naturel ou un sol artificiel qu'il y ait réaction pour parvenir à 1/2 onde. Ce type d'antenne possède une impédance très basse au pied qui est le point d'alimentation (36W) et très élevée en tête.
L'alimentation doit se faire par l'intermédiaire d'un système d'adaptation. Les propriétés du sol sont extrêmement importantes pour les performances de l'antenne car la partie réfléchie par le sol doit l'être (réfléchie) et pas absorbée. C'est pourquoi un plan de masse artificiel s'avèrera souvent plus rentable bien que mécaniquement plus pénible à installer.
La polarisation ici est verticale et l'angle de rayonnement maximal est très bas ce qui est propice au DX. En revanche les pertes peuvent croître de façon violente et détruire le rendement de l'antenne. Cette antenne de par ses dimensions réduites convient à ceux qui (hélas) ne disposent que de peu de place.

Cette vue illustre l'importance déterminante de la qualité du sol sur le rayonnement d'une antenne verticale. Si le sol est mauvais conducteur, une partie de l'énergie est absorbée par le sol et transformée en chaleur et bien entendu, n'est pas réfléchie et ne concourt pas au rayonnement global.
Une solution fréquemment adoptée consiste à introduire un plan de sol artificiel constitué d'un nombre certain de radians (en général on en pose trois mais c'est très insuffisant). Ce n'est pas une chose difficile à réaliser mais cela demande quand même un travail de terrassier important. L'antenne représentée ici est naturellement un l/4. Le problème ne se pose pas avec une antenne l/2 verticale, en revanche les dimensions en décamétrique sont telles que cette solution est inapplicable en pratique hormis pour les bandes hautes.
Antenne verticale à trappes :
Nous le savons, les trappes sont aussi des pièges à pertes mais on ne fait pas toujours ce que l'on veut et quand on ne dispose pas de place pour installer ses antennes, le seul recours consiste à installer une antenne verticale au fonctionnement multibande.
Le principe d'utilisation est le même que celui vu pour l'antenne W3DZZ. Les trappes servent à isoler la partie d'élément rayonnant qui se trouve derrière elles.
On pourrait imaginer pour l'exemple donné à droite que la première trappe  est accordée sur 28 MHz, la seconde sur 21, la troisième sur 14 et que l'antenne permet le fonctionnement sur 40m. On trouve avec ce type d'antenne un peu tout et n'importe quoi. Retenez que le rendement de telles antennes est faible dès lors que l'on insère des dispositifs tels que les trappes en série dans le brin rayonnant. Quand on évoque le rendement, il faut comprendre qu'il s'agit du rapport entre la puissance transmise à l'antenne et celle qu'elle restitue sous forme de rayonnement. Il y a souvent confusion entre rendement de l'antenne et disposition des lobes de rayonnement.

Quelques règles simples pour une antenne performante :
Une antenne alimentée par le la HF produit un champ électrique est un champ magnétique qui se couplent pour former une onde électromagnétique. En schématisant cela donne ceci.
Champ électrique Champ magnétique
Intuitivement on comprend bien que moins on perturbera ces champs par des obstacles, meilleur et plus homogène sera le rayonnement. Si vous obstruer partiellement une source lumineuse, vous voyez moins bien. Pour nos antennes, nous veillerons, dans la mesure du possible  à les éloigner le plus possible de toute source de perturbation, arbres, structures métalliques, maison etc.
Un autre critère tout aussi important est la hauteur au dessus du sol. Celle-ci interagit sur le positionnement des lobes de radiation dans le plan vertical

Observez ces deux figures qui font apparaître cette fois dans le plan vertical les lobes de rayonnement. A gauche le dipôle est positionné à ll/2 du sol. On observe un lobe principal (l'image représente une coupe)  dans lequel l'énergie est concentrée, l'élévation est comprise entre 30 et 45°.
A droite le dipôle est hissé à 1 l du sol. On constate l'apparition de lobes secondaires, Il y a moins d'énergie dans les lobes principaux, en revanche les secondaires sont plus bas, donc plus favorable au DX.
Ce sont des figures très simplifiées mais qui démontrent combien la hauteur de l'antenne par rapport au sol peut être déterminante. Ce sont des considérations que tout radioamateur se doit d'avoir présentes à l'esprit.
Fin du chapitre. Il y a de fortes chances que vous utilisiez au moins une antenne filaire, pensez à tout cela...



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